粉状调味品潮解、结团原因分析与对策研究

胥忠生，刘政芳

(1.湖北三峡职业技术学院，湖北 宜昌 443000；2.安琪酵母股份有限公司，湖北 宜昌 443003)

粉状调味产品的吸潮结团是行业中普遍存在的一个难题，吸潮结团后的产品往往感官质量也会发生不利的变化，进而影响产品的货架期。多数粉状调味品都是由2种或2种以上的物料经过混合加工而成，所得产品的性质也往往由所使用原料的性质决定。调味品中用到的很多原料都比较容易吸潮结团，比如：酵母提取物、肉类提取物、水解动物或植物蛋白、部分蔬菜粉等，我们把这些物料统称为具有潮解性质的组分。分析这些组分潮解、结块的原因，对于我们寻找控制粉状调味产品潮解、结团的措施是非常有帮助和必要的。

1 粉状物料的潮解现象

1.1 物料潮解的概念及发生的原因

所谓潮解，是指由水分引起的，当环境的相对湿度达到或高于某临界点时，物料开始由固态向液态进行相位转换所处的初始阶段[1]。为了便于理解，我们可以定义物料开始发生潮解时的相对湿度(即潮解临界点)为RH0，当物料所处环境的相对湿度(RHi)高于RH0时，物料即开始发生潮解。物料发生潮解的过程见图1。

图1 物料潮解的过程图示[2]

当环境的相对湿度(RHi)低于RH0时，物料的表层通过氢键的作用力开始吸附少量的水分(一般会吸附少于3个分子层的水分)[3,4]，随着环境相对湿度的不断增加，当RHi>RH0时，物料的表层由于吸附了足够多的水分开始发生溶解直至形成一层饱和溶液。

由于这一层饱和溶液的蒸汽压低于纯水的蒸汽压，外界的水分会不断地由表及里向物料内部扩散，因此，若环境相对湿度RHi长期高于物料的RH0，物料会不断进行潮解并最终由固态变成液态溶液[5]。

在调味品中用到的多数物料都具有一定的潮解性，比如食盐、蔗糖、谷氨酸钠、有机酸等[6]，不同物料的潮解性能往往有所不同，主要体现在物料本身的潮解临界点(RH0)上，表1中显示了调味品中常见物料的RH0值及aw值。RH0的大小与物料的物化性质有关，一般而言，物料的水溶性越强，RH0值也越低。另外，如果物料的溶解性随着温度的升高而增加，那么RH0值也会随着温度的升高而降低。因此，物料的潮解性与环境温度也是密切相关的。

表1 调味品中常见物料的潮解临界点(RH0)及aw值

1.2 混合组分潮解临界点降低现象

当2种或更多种具有潮解性质的物料发生物理接触时，混合组分的潮解临界点值(定义为RH0mix)比其包含的任何单一组分的潮解临界点值(RH0)都要低，并且RH0mix值下降的程度与混合物中各单组分的比例没有直接的相关性[7]。

Salameh和Taylor[8]对柠檬酸、果糖及其不同比例混合物的潮解临界点进行了研究，见图2。

图2 柠檬酸、果糖及其不同比例混合物的水分吸收特征图

果糖、柠檬酸分别在环境相对湿度为60%，75%时重量急剧上升，表明潮解开始发生，而果糖与柠檬酸的混合物在环境相对湿度为50%左右时即开始出现重量的急剧上升，这说明混合组分的潮解临界点出现下降。另外，果糖∶柠檬酸(9∶1，1∶1，1∶9，W/W)3个不同混合比例的混合物潮解临界点并非呈递增或递减的顺序，说明混合组分潮解临界点下降的程度与两组分间的混合比例没有直接相关性。

表2 调味品中常用物料混合后的潮解临界点(RH0mix)及awmix值

表2中显示了调味品中一些常用物料两两混合后的潮解临界点(RH0mix)及aw值变化情况。由表2中数据可知，单组分物料两两混合后的RH0mix及awmix值比混合前两单组分物料的RH0及aw值都要低，物料混合后出现了潮解临界点降低的现象。因此，将具有潮解性质的2种或多种原料进行混合后，包含这些原料的混合物更容易发生潮解。

2 粉状物料的结团现象

所谓结团，一般是指可以自由流动的粉体转变成对外力具有一定抵抗能力的团状、块状或聚合物的现象[9]。在粉状产品的生产、加工、运输及储存过程中，粉状物料的结团结块是时常会遇到的问题，粉体产品结团不仅影响其流动性、分散性及溶解性，降低了加工性能，还对产品本身的感官质量产生不利的影响，进而缩短了产品的货架期。

影响粉体结团的因素是多方面的，包括环境相对湿度、环境温度、粉体组分的物化性质等，但粉体发生附聚并结块的根本原因还是粉体粒子之间各种结合力的形成和增加，比如静电吸引力或范德华力、粒子表层的烧结、粒子之间形成“液桥”进而固化成“固桥”等[10]。其中，环境水分引起粉体潮解，使得粉体粒子之间形成“液桥”并发生粘连，是导致物料最终结团的最普遍起因。

由于环境的相对湿度是不断变化和波动的，当环境的相对湿度RHi大于物料的潮解临界点RH0时，物料开始出现吸水潮解，物料粒子的表层变得湿润粘连，粒子与粒子之间形成连接力并不强的“液桥”；当RHi小于RH0时，物料会出现部分风化再结晶，之前粒子间形成的“液桥”会失水固化，形成连接力更强的“固桥”。环境相对湿度不断循环往复的变化，使得物料粒子间形成的“固桥”越来越多，并最终导致粉体结团结块。粒子间“固桥”的形成是当前比较被认可的、导致粉体结团结块的主要原因。

图3 番茄粉与全脂乳粉结团后的电镜扫描图

图3显示了喷雾干燥的番茄粉与全脂乳粉结团后的电镜扫描图，从图3中可以清晰地观察到(画白圈的部分)物料粉粒之间出现的连接“固桥”。

Hartmann和Palzer[12]将氯化钠晶体(潮解临界点为76%，25 ℃)分别放置于60%～62%，71%～73%，80%～83%相对湿度条件下，5天后用电镜观察氯化钠晶体的变化情况，见图4。

图4 不同相对湿度条件下氯化钠晶体的电镜扫描图

由图4可知，氯化钠晶体在60%～62%，71%～73%相对湿度条件下放置5天后，晶体仍然能保持较好的完整性和分散性；而在80%～83%相对湿度条件下放置5天后，氯化钠晶体表层出现了部分溶解，表现出疏松多孔的现象，并且晶体与晶体之间出现了粘连，表明氯化钠晶体表层的潮解导致了晶体间“液桥”的形成。

为了观察环境湿度的波动变化对物料结团的影响，Salameh和Taylor将葡萄糖与柠檬酸混合物、果糖与柠檬酸混合物分别置于不同的环境湿度条件下放置相同的时间后，进行电镜扫描观察，见图5。

由图5可知，a为葡萄糖与柠檬酸混合物，控制环境相对湿度在54%；b为葡萄糖与柠檬酸混合物，控制环境相对湿度在RH0mix上下循环波动；c为果糖与柠檬酸混合物，控制环境相对湿度在33%；d为果糖与柠檬酸混合物，控制环境相对湿度在RH0mix上下循环波动。a，c两组样品仍保持较好的分散性，而b，d两组样品已经出现了非常严重的结团现象。这说明环境相对湿度在物料潮解临界点的上下波动变化对物料结团结块有着直接的影响。

图5 葡萄糖与柠檬酸、果糖与柠檬酸混合物在不同 环境中的电镜扫描图

3 如何抑制粉状调味产品的潮解与结块

通过前面的分析可知，当环境的相对湿度RHi高于物料的潮解临界点RH0时，物料即开始出现潮解。从理论上来讲，如果能始终控制产品环境相对湿度在其潮解临界点以下，就能够很好地抑制产品潮解的发生。然而，在实际的应用过程中，控制产品环境相对湿度在需要的水平下是异常困难的，因为在产品的生产、储存、运输及销售过程中，环境中的水分无处不在，环境湿度也变化无常，再加上环境温度的波动影响，同样会加剧产品潮解的可能性。因此，面对如此复杂的环境因素，我们能做的与其说是完全抑制产品潮解的发生，不如说是在产品的货架期内尽可能延缓产品的潮解、结团。那究竟如何才能延缓产品的潮解并且避免产品结团结块呢？大概有以下几个方面需要注意。

3.1 产品的配方设计至关重要

物料潮解性的难易首先与其自身的物化性质有关，有些物料在较低的湿度环境下即开始潮解，而有些物料则相对稳定一些。对于多数复合调味产品而言，往往是由多种物料混合加工而成，这些物料中既包括具有潮解性质的组分，如氯化钠、蔗糖、谷氨酸钠、麦芽糊精、各类提取物等，它们的潮解性能也各不相同，也包括一些不具有潮解性质的组分，比如玉米淀粉。合理地搭配使用这些物料去设计产品配方往往能够获得高质量、高稳定性的产品。

3.2 良好的产品包装必不可少

一个好的产品包装往往能够保护产品免于受到环境湿度波动的影响，从而延缓产品的潮解，避免结团结块。

3.3 原料的水分控制也很重要

多数粉状调味品中往往包含多种物料，在密闭的环境中，物料与物料之间的水分转移也是时常会发生的事情。Mauer和Taylor将玉米淀粉在75%相对湿度环境中平衡1周时间后，放置于一个密闭容器中，之后将一些具有潮解性的粉状物料在11%相对湿度环境中平衡之后，也放置在该密闭容器中(见图6，黑圈部分为潮解性物料)。

图6 不同水分含量的玉米淀粉与潮解性物料于 密闭容器中放置实验

由图6可知，65 h之后，该粉状物料完全潮解成液状，说明玉米淀粉中所含的水分已转移至该物料中，使其吸湿潮解。因此，控制产品中非潮解性原料的水分十分重要，可以减轻对其他潮解性原料的影响。

3.4 选择添加合适的抗结剂

粉状调味品中添加合适的抗结剂往往能够增加产品的流动性，减少物料颗粒之间的摩擦力，同时抗结剂可以附着在物料颗粒表面，减少潮解性物料间的直接接触，从而减轻混合组分潮解临界点降低现象的发生。Lipasek等研究了3种不同的抗结剂(硬脂酸钙、硅酸钙、二氧化硅，添加比例均为1.5%，W/W)对氯化钠∶蔗糖(1∶5.8)的混合物在不同温度条件下潮解临界点RH0mix的影响，见表3。

表3 3种抗结剂对氯化钠和蔗糖混合物潮解临界点 RH0mix值的影响

由表3可知，添加了硬脂酸钙的氯化钠和蔗糖混合物在25，35，45 ℃条件下潮解临界点RH0mix值相较未加抗结剂时有了较大幅度的提高，而硅酸钙、二氧化硅对氯化钠和蔗糖混合物潮解临界点RH0mix值的影响较小。

4 结论

物料的潮解是由环境中的水分所引起的，并且与温度密切相关。多数粉状调味品都含有2种及2种以上具有潮解性质的原料组分，在产品的生产、储存、运输及销售过程中，产品所面临的环境因素是复杂多变的，产品中部分物料的潮解、结团直接影响了产品的质量稳定性，产品中物料的潮解也可能会最终导致产品结团结块。为了避免货架期内结团结块而影响产品质量，产品的配方设计是否科学合理是第一重要的，其次良好的产品包装对保持产品的质量稳定性也显得十分关键，控制所使用原料的水分及选择添加合适的抗结剂同样对粉状产品的质量稳定性很有帮助。